電動汽車空調系統的設計分析

陳天祥

摘 要：汽車作為重要交通工具，現在已經被廣泛的應用到生活生產中，對改善生活質量，提高生產效率具有重要意義。為提高汽車駕駛安全性與舒適性，需要重點對其空調系統進行設計優化。與普通燃油汽車相比，電動汽車空調系統具有一定特點，直接由電池驅動，并不受發動機影響，且無法利用發動機余熱，制熱難度更高。本文結合電動汽車運行特點，對其空調系統設計要點進行了簡要分析。

關鍵詞：電動汽車；空調系統；系統設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.055

為降低能源消耗，電動汽車作為清潔交通工具，在實際生產生活中存在的優勢更為明顯，具有噪聲低、零排放以及能源利用率高等優點。基于電動汽車特點，為提高其運行效率，在對其空調系統進行設計時，要明確車載空調運行所需能耗大特點，對現存缺陷進行研究解決，在不影響空調系統功能性的同時，減少運行能耗。

1 電動汽車空調系統運行特點

電動汽車空調系統需要安裝車輛結構內，具有承受頻繁且劇烈沖擊振動的能力，因此要求所選空調系統各部分構件均具有較強的強度與氣密性。結合電動汽車設計特點，其內部成員所占空間更大，將會產生更多的熱量，設計時要求空調系統能夠快速制冷，降低車輛內熱負荷。另外，還應注意電動汽車一般門窗設置比較多，且玻璃面積大，整個車身隔熱性交叉，空調冷氣熱漏損失嚴重，對系統性能要求十分嚴格[1]。并且電動汽車設置有足夠的電能來卻動電動空調壓縮機工作，但是因為直流電只有通過蓄電池提供作為汽車動力源，無法利用發動機余熱制熱，使得空調系統制熱需要面臨更大的困難。未達到車輛運行安全性與舒適性要求，就需要基于電動汽車結構與運行特點，做好空調系統性能分析，在現有基礎上對各節點進行優化分析，保證空調系統足以應對復雜的工況。

2 電動汽車空調系統運行原理

與傳統燃油汽車空調系統運行原理相同，電動汽車空調制冷系統需要由用戶按照規章操作，將系統啟動后，整車控制器將會發出指令并通過壓縮機控制器來驅動電動壓縮機，驅使制冷劑可以在空調系統內循環流動。氣態制冷劑由壓縮機壓縮成高溫高壓制冷劑氣體，然后利用壓縮機排氣管道輸送到冷凝器內，逐步通過散熱、降溫、冷凝等環節，最后成為中溫高壓液態制冷劑。然后中溫高壓液態制冷劑可以通過液體管道到達膨脹閥釋放出成為低溫低壓液態冷劑，迅速進入到蒸發器內部，并對流經蒸發器的空氣熱量進行有效吸收，造成周邊空氣溫度降低，最后通過鼓風機來吹出蒸汽器周邊空氣，達到制冷效果。

其中，電動汽車熱泵式空調系統主要為雙路空氣流動方案，且在通風裝置內安裝了隔板。此種設計方案，主要特點是內部設置有兩個熱交換器，制冷時作為蒸發器應用，而制熱時則作用冷凝器使用。但是就實際應用效果來看，此種結構設計方案并不適合用于汽車空調，由于空調系統由制冷模式轉變為加熱模式時，熱交換器內冷凝的水會直接蒸發在擋風玻璃上產生霧化，影響行車安全性。因此，在面對雙路流動裝置時，需要對冷凝器和蒸發器進行分別安裝，以此來提高行車安全與穩定性。

3 電動汽車空調系統設計優化要點

3.1 空調制冷負荷計算

3.1.1 汽車參數

一方面，車室內參數。夏季維持人舒適體感溫度為25～28℃，體感舒適濕度30%～70%，設定溫度為25℃、濕度50%。另外，夏季汽車車室內空氣流速為0.5m/s，推薦車內氣流速0.25m/s～0.5m/s，設定車內氣流流速為0.3m/s。各駕乘人員所需新鮮空氣量大概為20m?/h～30m?/h，設定人均需求量為25m?/h。另一方面，車室外參數。根據當地夏季氣候特征，選擇濕度推薦值50%，室外溫度為35℃。

3.1.2 冷負荷

冷負荷決定了汽車空調制冷量大小，分析前需要根據容量、類型以及駕乘人員數量等數據相同傳統轎車，確定電動汽車車內得熱量，并由此來設計空調容量。受汽車車體蓄熱性能限制，汽車空調系統冷負荷并不完全等于車內得熱量，只有當車輛周圍圍護結構不具有蓄熱能力或得熱量內部包含輻射時，兩者才相同[2]。

3.1.3 得熱量

夏季車外溫度大于車室內溫度，且受太陽輻射影響，會有更多熱量通過汽車門窗、車壁進入到車是內部（QB）。同時，因為車室密封不嚴密，會有部分熱空氣進入到內部形成熱風（QG）。以及換氣新風熱量（QF）和駕乘人員散熱（QP）造成室內溫度升高。則車內總得熱量Q=QB+QG+QP+QF。

3.1.4 制冷量

汽車空調制冷量與汽車得熱量間關系：Q0=r·Q，其中r表示修正系數，r=1.05～1.15。則通過得熱量計算后便可得到汽車空調系統制冷量。

3.2 空調控制性系統設計

3.2.1 系統要求

電動汽車空調控制系統設計，對于獨立式全電動壓縮機，其應用無刷直流電機與壓縮機一體化設計方法，可以充分發揮電機體積小、性能好有點，壓縮機具有更高的效動力，同時還可以通過壓縮機循環冷夜來向電機創造良好的散熱條件。但是要注意，電動空調壓縮機制冷液會對霍爾傳感器產生一定腐蝕，且安裝難度大，處于高溫與頻繁振動環境下，會對霍爾傳感器位置產生影響。為解決此類問題，應加強對無位置無刷直流電機控制系統的研究。

3.2.2 系統設計

為實現電動空調系統變速模式控制，需要合理選擇壓縮機電機驅動系統控制方式，通過軟硬結合設計方法，實現無位置無刷直流的電流控制。可以對定子繞組內感應反電勢進行測定，并有效判斷轉子位置，設計電機“三段式”控制方案，達到無位置無刷直流電機自適應閉環速度控制目的[3]。整個控制系統主要為包括控制電路、電壓電流檢測電路、功率驅動電路以及硬件保護電路等，由模數轉換器采集無刷直流電電機端電壓與電流數據，并根據速度給定值和采樣信號完成計算，將控制信號傳遞給智能功率模塊，達到實時控制電機的目的。

4 結束語

電動汽車應用數量在不斷增多，為提高其駕駛安全性與舒適性，需要重點做好空調系統的設計研究，根據系統運行原理，確定設計優化要點，采取專業技術方案，爭取進一步提高系統運行綜合效率。

參考文獻：

[1]劉中歷.電動汽車空調系統設計及風道的設計改進[D].吉林大學，2014.

[2]彭慶豐，趙韓，陳祥吉，方運舟，趙家威.電動汽車新型熱泵空調系統的設計與試驗研究[J].汽車工程，2015（12）：1467-1470+1432.

[3]李麗，魏名山，彭發展，張虹.電動汽車用熱泵空調系統設計與實驗[J].制冷學報，2013（03）：60-63.